声速的测定注意事项

一：声速测定的具体步骤及数据处理

（1）.【目的和要求】

学习粗略测定声音速度的方法，了解空气中声速的大小。

【仪器和器材】

梆子，秒表或手表，卷尺。

【实验方法】

在高墙前或山谷中唱歌或叫喊时，往往可以听到回声，而且在早晨时回声最清晰响亮，因此本实验最好在早晨进行。首先选择好合适的实验场所，例如一堵高墙，高墙的前面平坦空旷。实验者站在离高墙的距离为R处，按照均匀的时间间隔T敲打梆子。当听到反射回来的第一次梆子声与打出来的第二次梆子声完全重叠时，则表示每次梆子发出的声音传到高墙并被高墙反射回来到达实验者处的时间刚好等于敲梆子的时间间隔T。因此声音传播的速度v为v=2R/T

（2）1．站在离高墙100米或更远的距离，以一定的时间间隔敲打梆子。

2．注意控制敲梆子的节拍，使从高墙处反射回来的梆子声与敲出来的声音相重叠。

3．站在旁边的学生由一人报出敲击的次数，其他学生同时用秒表或手表计时。测出敲击20次至50次的时间间隔t，并由所得的结果计算出敲梆子的时间间隔T(秒）。

4．用卷尺测出敲击地点到高墙的距离R（米）。

5．将所得的数据代入公式v=2R/T求出声速v米。同时要记下测量时空气的温度，因为空气中声音传播的速度与温度有关。

【注意事项】

1．实验者离墙的距离以能清晰地听到回声为宜。

2．若每隔一次听到敲击声与回声重合，则声速公式v=2R/T。实验内容

（3）1、连接测量系统。函数信号发生器的输出与发射换能器和示波器的X（Y2）输入并联连接，接收换能器的输出与示波器的Y1输入连接。

2、练习使用函数信号发生器和示波器。

（1）用示波器观察由信号发生器提供的不同的波形信号。

（2）用示波器观察李萨如图形。

3、调节谐振频率。信号发生器输出正弦信号，频率调节到换能器的谐振频率,记下谐振频率f。这时，换能器发射出的超声波最强。

4、利用驻波法测量声速。

（1）信号发生器输出频率处于谐振频率；示波器Y轴工作方式选择开关置于Y1，“拉Y1 （X）”旋钮推进。

（2）从两换能器相距1cm左右开始，由近及远移动接收换能器，观察示波器订的接收信号的变化情况，记下第1、2、3、……、20个出现正弦波极大值时接收换能器的位置即游标卡尺的读数L1、L2、L3、……、L20。

（3）采用逐差法求出波长λ，进而求出声速v；计算声速的不确定度，表示测量结果。

5、利用相位比较法测量声速。

（1）信号发生器输出频率处于谐振频率；示波器Y轴工作方式选择开关可以置于任意位置，“拉Y1（X）”旋钮拉出。

（2）从两换能器相距1cm左右开始，由近及远移动接收换能器，观察示波器上李萨如图形的变化情况，记下第1、2、3、……、20个出现直线时接收换能器的位置即游标卡尺的读数L1、L2、L3、……、L20。

（3）采用逐差法求出波长λ，进而求出声速v；计算声速的不确定度，表示测量结果。

仪器简介

1、超声声速测定仪:主要由两个超声压电换能器和游标卡尺组成；超声压电换能器可以实现声

压和电压之间的相互转换，分别用于发射和接收超声波；游标卡尺用来测量声波发射面和接

收面之间的距离。

2、函数信号发生器：提供适当频率的正弦电信号给压电换能器来发射超声波。

3、双踪示波器：

（1）观察和测量接收换能器将声压转换成的电信号；

（2）观察发射电信号和接收电信号两个相互垂直简谐振动叠加产生的李萨如图形，测量相位差。

找得很辛苦...余下全文>>

二：声速的测定实验报告思考题答案

声速的测量 思考题及解答

1.为什么需要在驻波系统共振状态下进行声速的测量

因为当驻波偏离共振状态时，驻波的形状不稳定且声压腹的振幅比共振时达到的

最大值小得多，当驻波系统处于共振，这时驻波腹出现稳定的最大振幅。

2.用“驻波共振法”测波长时，如何调出示波器上正弦波形？

⑴示波器“Y轴衰减”旋钮应置于较小数值档。

⑵移动接收器S2时，荧光屏上宽带的宽度应变化。如不变，可交换输入到示波

器的两接线柱位置，或交换输入到发射器S1的两接线柱位置。

⑶调节扫描频率即可调出正弦波。

3.用“相位比较法”测波长时，如何调出椭圆或直线？

⑴接收器S2接收到的信号应从示波器“X输入”端输入，发射器S1信号应输入到示波器“Y轴输入”端，且“Y轴衰减”旋钮应置于较大数值档。

⑵如果还不能出现椭圆或直线，可交换S1或S2两接线柱位置。

4.用“驻波共振法”和“相位比较法”测波长时，如严格按上述方法操作，还是调不出应有波形，怎么办？

此时可能是连接导线断路或接头接触不好，应用万用电表欧姆档对每根导线进行检查，确保每根导线无断裂，各个接头接触良好。

5.为什么在实验过程中改变S1、S2间距离时，压电换能器S1和S2两表面应保持互相平行且正对？不平行会产生什么问题？

因为只有当S1S2表面保持互相平行且正对时，S1S2间才可能形成驻波，才会出现波腹和波弗，S2表面才会出现声压极大值，屏幕上才会出现正弦波振幅发生变化，由此可测超声声波波长。

如果S1、S2表面不平行，则S1、S2间形不成驻波，屏幕上正弦波振幅不会发生变化，就能用驻波共振法测波长，故实验中必须使S1、S2表面平行。

6.如何调节与判断测量系统是否处于共振状态？

使用驻波共振法，当示波器上出现振幅最大正弦波时，表示S1、S2间处于驻波共振状态。调节方法是移动S2，观察示波器上正弦波振幅变化。

7.使用“驻波共振法”测声速时，为什么示波器上观察到的是正弦波而不是驻波？

因为驻波是在发射器S1与接收器S2间形成，接收器S2接收到的是一个声压信号，在驻波波节位置，声压信号最强，输入到示波器Y偏转板，经X偏转板扫描，故示波器上观察到的是正弦波。

8.使用“驻波共振法”测声速时，示波器上观察到的正弦波振幅为什么随S1S2间距增大而越来越小？

这是因为超声波在空气中传播时，由于波动能量总有一部分会被空气吸收，波的

机械能会不断减少，波强逐渐减弱，振幅逐渐减少。

9.用“相位比较法”测声速时，为什么只有当李萨如图为直线时才读数？

因为李萨如图形为椭圆时，由于椭圆形状、大小不确定，接收器S2位置难以确定。只有当李萨如图形为直线时，图形直观唯一，容易确定S2位置。

10.测声速时，“驻波共振法”与“位相比较法”两种电路可交换吗？

不能。因为驻波共振法只把接收器S2接收到的信号输入到示波器Y偏转板，观

察到的是正弦波信号。而位相比较法把接收器S2信号输入示波器X偏转板，发射器S1

信号输入到Y偏转板，观察到的是李萨如图形。

11.为何两种方法均测半波长值而不直接测波长值？

因为超声波在空气中有衰减，如果直接测波长值，测得数据个数少，由于衰减，

后面数据测不出来。而测半波长，数据个数多，又便于用逐差法处理数据，减少

测量误差。...余下全文>>

三：声速测量误差分析

(1) 在发射换能器与接收换能器之间有可能不是严格的驻波场。

(2) 调节超声波的谐振频率时出现误差

(3俯示波器上判断极大值的位置不准确也会引入人为的和仪器的误差。

(4)声波传播距离太近或太远

四：简述超声波声速测定的方法有哪些

测量声音的速度还有一种利用回音来测量的方法：所谓回声，就是声音在传播的过程中碰到高大的障碍物被反射了回来，那么我们就可以根据这样的原理，站在离高墙较远的地方(事先测出你到高墙的距离）大声地喊一下，在你喊的同时按下秒表，当你听到自己的回声再按一下秒表，这样一来，你的喊声从你那儿到高墙打了一个来回，你只要把上面说的你跟高墙的距离除以测得的时间的一半，这声音的速度也就出来了（这里要注意的是因为人能分辨出自己的回声的时间间隔要超过0.1秒，声音有传播速度是340米每秒，所以你与墙的距离，至少不得少于17米才行,而且中间还不能有障碍物）。

五：声速测定怎么做

【实验内容】

1．共振干涉法测波长

⑴ 接线与仪器的初步调节

1）按图6-1接好线路，打开电源开关预热15分钟，仪器自动工作在连续波方式。选择的介质为空气的初始状态。

2）根据测量要求初步调节好示波器（参照示波器的使用调节）。

⑵ 谐振频率的调节（超声波频率f的确定）

将信号源输出的正弦波信号频率调节到换能器的谐振频率，以使换能器发射出较强的超声波。方法如下：

在两换能器s1和s2的发射面保持平行的前提下，调节s1和s2相距为1～2cm左右。调节声速测试仪信号源板面上“发射强度”旋钮，使信号源输出电压在10～15V之间。调节“信号频率”旋钮，使信号频率在25～45kHz之间。然后细调信号频率，同时观测示波器上显示的接收波的电压幅度变化。在信号源频率接近实验室提供的换能器谐振频率处（34.5～37.5kHz之间），电压幅度最大，同时声速测试仪信号源的信号指示灯亮，此时频率即为与压电换能器s1、s2相匹配的谐振频率，记录该频率FN（超声波频率），转动摇手鼓轮，改变s1和s2间的距离，适当选择位置，重新用上述方法调整频率，再次测定谐振频率FN，测量5次，取其平均值f为超声波的频率。

⑶ 波长λ的测量

转动摇手鼓轮，由近及远地改变换能器s1到s2的间距，同时监测示波器的接收信号，记下第1，2，3，…，20个出现正弦波电压幅度最大的特定位置l1，l2，l3，…，l20。注意利用游标尺的刻度准确地确定这些l值。转动摇手鼓轮时注意连续向一个方向转动（为什么？）。注意测试过程中保持换能器s1和s2表面相互的平行。用逐差法计算出λ值。数据记录与计算用列表法进行。以下表格供参考。

ili（cm）i+10li+10（cm） （cm）

111

212

┆┆

1020

2．相位比较法测波长（利用李萨如图形找出同相点求波长）

⑴ 在“共振干涉法测波长”中测定换能器谐振频率f的基础之上，将示波器的扫描时间开关（TIME/DIV）置于“x - y”位置。

⑵ 转动距离调节鼓轮，观测示波器上显示的李萨如图形为一特定角度的斜线（某一特定相位点）时，记录下此时s2的距离l1（l1值仍由游标尺的刻度读出）。向同一方向移动换能器s2接收面，使示波器上观察的波形又回到前述的特定角度斜线位置（同相点），记录下此时s2接收面的距离l2。依上方法，连续向同一方向转动距离调节手轮，对出现的每一同相点，分别记录下相应的位置l3，l4，…，l20，即20个同相点的位置。

用逐差法求出波长的平均值 （ cm）。

3．根据测定的超声波频率 和用上二种方法测定的波长 ，分别计算两种方法测定的在该室温下超声波在空气中的传播速度 （m/s）。

4．时差法测量声速

将测试方法设置到脉冲方式。将s1和s2之间的距离调到一定距离（≥50mm）。再调节接收增益，使显示的时间差值读数稳定，此时仪器内置的定时器工作在最佳状态。然后记录此时的距离值和显示的时间值li-1、ti-1（时间由声速测试仪信号源时间显示窗口直接读出）。移动s2，同时调节接收增益使接收信号幅度始终保持一致。记录下这时的距离值和显示的时间值li、ti。则声速vi=（li-li-1）/（ti-ti-1）。测量5次计算出vi值，取其平均值为测量结果。

*5．测量液体介质中的声速

当使用液体为介质测试声速时，先在测试槽中注入液体......余下全文>>